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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL

FACULTAD:

MAYOR DE SAN MARCOS GMMGC

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

CURSO:

FISICOQUIMICA

Profesor:

Ing. SÓSIMO FERNÁNDEZ

NOMBRE:

ACOSTA FIGUEROA, Marko

CÓDIGO:

13160228

CIUDAD UNIVERSITARIA 2015 wendy 1

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Contenido 1

GASES...............................................................................................................5 1.1

RESUMEN....................................................................................................5

1.2

INTRODUCCION..........................................................................................6

1.3

PRINCIPIOS TEORICOS.............................................................................7

1.4



GASES.....................................................................................................7



PRESION.................................................................................................8



TEMPERATURA....................................................................................11



LEYES DE LOS GASES.......................................................................14



TEORIA CINETICA DE LOS GASES....................................................17



HISTORIA..............................................................................................18



GASES REALES...................................................................................19



COMPORTAMIENTO DE LOS GASES................................................20

DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS......................................................22  EXPERIMENTO 1: COMPRESION ISOTERMICA DEL AIRE............22  EXPERIMENTO 2: EXPANSION ADIABATICA...................................28

2

1.5

DISCUSION DE RESUTADOS..................................................................29

1.6

CONCLUSIONES.......................................................................................30

1.7

RECOMENDACIONES..............................................................................31

1.8

BIBLIOGRAFIA...........................................................................................32

1.9

ANEXOS.....................................................................................................33

TERMOQUIMICA.............................................................................................34 2.1

RESUMEN..................................................................................................34

2.2

INTRODUCCION........................................................................................35

2.3

PRINCIPIOS TEORICOS...........................................................................36  TERMOQUIMICA.................................................................................36  LEYES DE LA TERMOQUIMICA.........................................................38  MEDIDAS CALORIMÉTRICAS...........................................................40  CALOR DE DISOLUCIÓN...................................................................40

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA  CALOR DE COMBUSTIÓN.................................................................41  CALOR ESPECÍFICO..........................................................................41  CAPACIDAD CALORIFICA.................................................................41

2.4

DATOS, CALCULOS, RESULTADOS:.......................................................43  EXPERIMENTO 1: CAPACIDAD CALORIFICA..................................43  EXPERIMENTO 2: CALOR DE DISOLUCION:...................................44  EXPERIMENTO 3: CALOR DE REACCION.......................................45

3

2.5

DISCUSION DE RESULTADOS.................................................................48

2.6

CONCLUSIONES.......................................................................................49

2.7

RECOMENDACIONES..............................................................................50

2.8

BIBILIOGRAFIA..........................................................................................51

2.9

ANEXOS.....................................................................................................52

TENSION SUPERFICIAL.................................................................................53 3.1

RESUMEN..................................................................................................53

3.2

INTRODUCCION........................................................................................54

3.3

PRINCIPIOS TEORICOS...........................................................................55  TENSION SUPERFICIAL....................................................................55  CAUSA.................................................................................................55  PROPIEDADES...................................................................................56  MEDIDA DE LA TENSION SUPERFICIAL..........................................57  LA TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA............................................57  MEDICIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA:..................57  ENERGÍA LIBRE..................................................................................57

3.4

DATOS, CALCULOS, RESULTADOS........................................................59  EXPERIMENTO 1: AGUA A TEMPERATURA AMBIENTE (20°C)......59  EXPERIMENTO 2: AGUA A 38°C........................................................61  EXPERIMENTO 3: NaOH A TEMPERATURA AMBIENTE (20°C)......63

3.5

DISCUSION DE RESULTADOS.................................................................69

3.6

Conclusiones..............................................................................................70

wendy 3

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

4

3.7

Recomendaciones......................................................................................71

3.8

Bibliografía..................................................................................................72

3.9

ANEXOS.....................................................................................................73

VISCOSIDAD....................................................................................................74 4.1

RESUMEN..................................................................................................74

4.2

INTRODUCCION........................................................................................75

4.3

PRINCIPIOS TEORICOS...........................................................................76  VISCOSIDAD.......................................................................................76  ALGUNOS DE LOS MEDIDORES DE VISCOSIDAD CONOCIDOS. 77  MEDIDAS DE LA VISCOSIDAD..........................................................78

4.4

DATOS, CALCULOS, RESULTADOS........................................................79

4.5

DISCUSION DE RESULTADOS.................................................................92

4.6

CONCLUSIONES.......................................................................................93

4.7

RECOMENDACIONES..............................................................................94

4.8

BIBLIOGRAFIA...........................................................................................95

4.9

ANEXOS.....................................................................................................96

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 1 GASES 1.1 RESUMEN En el presente informe se realizaron dos experiencias que fueron:  

Compresión Isotérmica Del Aire Expansión Adiabática

En el primer experimento que es la Compresión Isotérmica Del Aire mediante el uso de un tubo en forma de “U” cerrado en unos de sus extremos y mercurio, por medio de estos instrumentos se tomaron los siguientes datos: Primero se colocó mercurio en el tubo para fijar un volumen inicial de aire atrapado en el otro brazo y medir las diferencias de alturas de los niveles de mercurio (h 1). Luego agregamos gotas de mercurio y medir el nuevo volumen de aire y la diferencia de alturas (h2). El volumen promedio que se obtuvo fue Volumen (promedio) 12.28 L con lo cual obtuvimos un PV (K) promedio de 9434.88 mmHg.cm3, pero el PV (K) teórico de 9547.86 mmHg.cm3 con lo cual obtuvimos un Porcentaje De Error Promedio de 0.0026%. Como podemos ver el error es menor a uno por lo cual podemos decir que los datos tomados en esta experiencia fueron muy buenos por lo tanto se logró el objetivo que era comprobar la ley de Boyle. En la segunda experiencia que fue de Expansión Adiabática se pudo relacionar las capacidades Cp/Cv, con los datos que tomamos encontramos un Cp/Cv (promedio) experimental de 2.21, pero el Cp/Cv (promedio) teórico de 2.055 con lo cual obtuvimos un Porcentaje De Error Promedio de 0.0016%. Se debe de notar que el error es muy pequeño, ya que está por debajo del 5% lo cual nos indica que la experiencia fue muy buena. Por otra debemos afirmar que en esta experiencia aplicamos un factor de corrección de 7% de lo contrario el error hubiera sido muy elevado.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 1.2 INTRODUCCION En este experimento trataremos sobre los gases, en el cual veremos algunas leyes importantes como la ley de Boyle el cual lo comprobaremos por medio de la compresión isotérmica del aire y también veremos la relación de Cp con el Cv el cual se verá con la expansión adiabática, estos experimentos se realizara mediante la utilización de diversos equipos y reactivos como un tubo en forma de U y mercurio respectivamente. Los gases tienes un comportamiento aleatorio su movimiento no tiene un orden específico y las fuerzas de atracción entre sus moléculas son pequeñas, cada una de ellas se mueve en forma libre y en esencia independiente de las otras. Los gases sujetos a cambios de presión y temperatura se comportan en forma más previsible que los sólidos y los líquidos. Las leyes que gobiernan este comportamiento han desempeñado un importante papel en el desarrollo de la teoría atómica de la materia y de la teoría cinética molecular de los gases. Muchos estudiosos nos han brindado importantes conocimientos acerca de la estructura de los cuerpos gaseosos (ideales y reales) tal es el caso de Boyle, Charles, Gay Lussac, Van der Walls, entre otros, los cuales explican las múltiples singularidades de este estado, expresados en modelos matemáticos útiles para el desarrollo del campo de la ingeniería. OBJETIVOS: El objetivo de esta experiencia es primero comprobar por métodos experimentales algunas Leyes importantes de los GASES entre ellas la Ley de Boyle veremos si es verdad si se cumple o no. Segundo veremos la expansión adiabática este experimento calcularemos la relación de capacidades caloríficas Cp/Cv. Los objetivos principales son:  Hallar la Compresión Isotérmica de los Gases  Hallar la Expansión Adiabática de los Gases

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 1.3 PRINCIPIOS TEORICOS  GASES El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir, que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o número de moles (n). Las propiedades de la materia en estado gaseoso son: 1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente. 2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión. 3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea. 4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

o GAS REAL Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales. Concepto de Gas Ideal y diferencia entre Gas Ideal y Real. Los Gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellas que no se les llaman gases reales, o sea, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros. 1. - Un gas está formado por partículas llamadas moléculas. Dependiendo del gas, cada molécula está formada por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas. 2. - Las moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen las leyes de Newton del movimiento. Las moléculas se mueven en todas wendy 7

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA direcciones y a velocidades diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica newtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico. Como para todas nuestras suposiciones, esta mantendrá o desechara, dependiendo de sí los hechos experimentales indican o no que nuestras predicciones son correctas. 3. - El número total de moléculas es grande. La dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de las moléculas pueden cambiar bruscamente en los choques con las paredes o con otras moléculas. Cualquiera de las moléculas en particular, seguirá una trayectoria de zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moléculas, suponemos que el gran número de choques resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio. 4. - El volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas, son extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el gas comprimido hasta dejarlo en forma líquida puede ser miles de veces menor. Por ejemplo, un gas natural puede licuarse y reducir en 600 veces su volumen. 5. - No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques. En el grado de que esto sea cierto, una molécula se moverá con velocidad uniformemente los choques. Como hemos supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas. De aquí que supongamos que el alcance de las fuerzas moleculares es comparable al tamaño molecular. 6. - Los choques son elásticos y de duración despreciable. En los choques entre las moléculas con las paredes del recipiente se conserva el ímpetu y (suponemos) la energía cinética. Debido a que el tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que transcurre entre el choque de moléculas, la energía cinética que se convierte en energía potencial durante el choque, queda disponible de nuevo como energía cinética, después de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA



PRESION

La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:

Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión. La definición anterior puede escribirse también como:

Dónde: , es la fuerza por unidad de superficie. , es el vector normal a la superficie. , es el área total de la superficie S. Presión absoluta y relativa En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica (Pa) más la presión manométrica (Pm) (presión que se mide con el manómetro).

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

o Presión hidrostática e hidrodinámica En un fluido en movimiento la presión hidrostática puede diferir de la llamada presión hidrodinámica por lo que debe especificarse a cuál de las dos se está refiriendo una cierta medida de presión. Presión de un gas En el marco de la teoría cinética la presión de un gas es explicada como el resultado macroscópico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puede definirse por lo tanto haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas: Para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose con una velocidad aleatoria promedio Vrms contenido en un volumen cúbico V las partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área que es la presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida. La presión puede calcularse entonces como

(Gas ideal) Este resultado es interesante y significativo no solo por ofrecer una forma de calcular la presión de un gas sino porque relaciona una variable macroscópica observable, la presión, con la energía cinética promedio por molécula, 1/2 mvrms², que es una magnitud microscópica no observable directamente. Nótese que el producto de la presión por el volumen del recipiente es dos tercios de la energía cinética total de las moléculas de gas contenidas.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

Propiedades de la presión en un medio fluido 1. La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción y reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción. 2. La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto solo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal. 3. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presión o superficie isobárica.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 

TEMPERATURA

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor, frío, templado o tibio, medible mediante un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido trasnacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos trasnacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también). El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente. Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas. La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, wendy 12

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA y prácticamente solo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y solo en algunos campos de la ingeniería. o Unidades de temperatura Las escalas de medición de la temperatura se dividen fundamentalmente en dos tipos, las relativas y las absolutas. Los valores que puede adoptar la temperatura en cualquier escala de medición, no tienen un nivel máximo, sino un nivel mínimo: el cero absoluto.3 Mientras que las escalas absolutas se basan en el cero absoluto, las relativas tienen otras formas de definirse.

Relativas  Grado Celsius (°C). Para establecer una base de medida de la temperatura Anders Celsius utilizó (en 1742) los puntos de fusión y ebullición del agua. Se considera que una mezcla de hielo y agua que se encuentra en equilibrio con aire saturado a 1 atm está en el punto de fusión. Una mezcla de agua y vapor de agua (sin aire) en equilibrio a 1 atm de presión se considera que está en el punto de ebullición. Celsius dividió el intervalo de temperatura que existe entre éstos dos puntos en 100 partes iguales a las que llamó grados centígrados °C. Sin embargo, en 1948 fueron renombrados grados Celsius en su honor; así mismo se comenzó a utilizar la letra mayúscula para denominarlos. En 1954 la escala Celsius fue redefinida en la Décima Conferencia de Pesos y Medidas en términos de un sólo punto fijo y de la temperatura absoluta del cero absoluto. El punto escogido fue el punto triple del agua que es el estado en el que las tres fases del agua coexisten en equilibrio, al cual se le asignó un valor de 0,01 °C. La magnitud del nuevo grado Celsius se define a partir del cero absoluto como la fracción 1/273,16 del intervalo de temperatura entre el punto triple del agua y el cero absoluto. Como en la nueva escala los puntos de fusión y ebullición del agua son 0,00 °C y 100,00 °C respectivamente, resulta idéntica a la escala de la definición anterior, con la ventaja de tener una definición termodinámica. wendy 13

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA  Grado Fahrenheit (°F). Toma divisiones entre el punto de congelación de una disolución de cloruro amónico (a la que le asigna valor cero) y la temperatura normal corporal humana (a la que le asigna valor 100). Es una unidad típicamente usada en los Estados Unidos; erróneamente, se asocia también a otros países anglosajones como el Reino Unido o Irlanda, que usan la escala Celsius.  Grado Réaumur (°Ré, °Re, °R). Usado para procesos industriales específicos, como el del almíbar.  Grado Rømer o Roemer. En desuso.  Grado Newton (°N). En desuso.  Grado Leiden. Usado para calibrar indirectamente bajas temperaturas. En desuso.  Grado Delisle (°D) En desuso.

Absolutas Las escalas que asignan los valores de la temperatura en dos puntos diferentes se conocen como escalas a dos puntos. Sin embargo en el estudio de la termodinámica es necesario tener una escala de medición que no dependa de las propiedades de las sustancias. Las escalas de éste tipo se conocen como escalas absolutas o escalas de temperatura termodinámicas. Con base en el esquema de notación introducido en 1967, en la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), el símbolo de grado se eliminó en forma oficial de la unidad de temperatura absoluta. Sistema Internacional de Unidades (SI)



Kelvin (K). El kelvin es la unidad de medida del SI. La escala kelvin absoluta parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16 K.3 Aclaraciones: No se le antepone la palabra grado ni el símbolo º. Cuando se escribe la palabra completa, «kelvin», se hace con minúscula, salvo que sea principio de párrafo.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Sistema anglosajón de unidades



Rankine (R o Ra). Escala con intervalos de grado equivalentes a la escala Fahrenheit, cuyo origen está en -459,67 °F. En desuso.

 LEYES DE LOS GASES En el tratamiento de las relaciones ente presión (P), temperatura (T), volumen (V) y número de moles(n), se considera que el volumen real ocupado por las moléculas es despreciable y que entre ellas no existe fuerza atractiva, lo cual es similar a un modelo de comportamiento ideal. Dichas relaciones se conocen como las leyes de los gases. o LEY DE BOYLE-MARIOTTE Al comprimir un gas, a temperatura y número de moles constantes, su volumen disminuye. Cuando la presión se duplica el volumen se reduce a la mitad, si la presión se triplica el volumen se reduce a la tercera parte; y si la presión, se reduce a la mitad el volumen se duplica, etc. Este comportamiento experimental de los gases se puede expresar así: “A temperatura constantes, el volumen de cualquier gas seco, es inversamente proporcional a la presión a que se somete.” Matemáticamente su expresión es: V1P1=V2P2 o LEY DE CHARLES – GAY LUSSAC Cuando un gas se calienta, a presión y numero de moles constantes, su volumen aumenta. Si la temperatura absoluta se duplica, el volumen también se duplica, si la temperatura absoluta de reduce la tercera parte, el volumen también se reduce a la tercera parte. “A presión constante, el volumen de un gas varía directamente proporcional a su temperatura absoluta” wendy 15

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Matemáticamente su expresión es: V1T2=V2T1

o RELACION ENTRE EL VOLUMEN Y EL NÚMERO DE MOLES Se considera constante la presión y la temperatura. Es decir, si las moles del gas se duplican, el volumen también se duplica. “El volumen de un gas, a temperatura y presión constantes, es directamente proporcional al número de moles” Matemáticamente esta relación se establece así: V1n2=V2n1 o LEYES DE BOYLE Y CHARLES COMBINADAS Relacionando las leyes de Boyle y Charles, se puede anunciar según un mismo principio, así: el volumen de una cantidad fija de gas es directamente proporcional al cambio de la temperatura e inversamente proporcional a la variación de la presión. Matemáticamente esta relación se establece así: V1P1T2=V2P2T1 o LEY DE DALTON Cuando se tienen gases mezclados tal que no reaccionen entre sí, cada gas se expande por todo el volumen del recipiente como si estuviera solo y sus MOLECULAS ejercen su propia presión independientemente de las demás. Esta presión se conoce como presión parcial de gas. La ley de Dalton establece:

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA “la presión total ejercida por la mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes”.

Matemáticamente se expresa así: PT=P1+P2+P3+… o PRINCIPIO DE AVOGADRO Experimentalmente se ha encontrado que un mol de un gas a 1 atmósfera y 0oC ocupa un volumen de 22,4 litros sin que importe la naturaleza del gas. Estas condiciones de temperatura y presión (0oC y 1 atm), se conoce como condiciones normales (CN) Basado en esta observación experimental, avogadro estableció: “volúmenes iguales de gases diferentes, a las mismas condiciones de temperatura y presión, tiene el mismo número de moles”. 1 mol de cualquier gas contiene 6,023 x 1023 partículas o ECUACIÓN DEL ESTADO Todas las leyes descritas anteriormente se pueden consignar en una sola expresión, que relaciona las cuatro variables y se conoce como ecuación general del estado gaseoso Como se puede observar en las leyes, el volumen es directamente proporcional a las moles y a la temperatura absoluta es inversamente proporcional a la presión; lo que matemáticamente equivale a: PV=nRT

P: presión V: volumen n: número de moles T: temperatura

R: constante universal de los gases.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA o LEY DE GRAHAN. La difusión es la propiedad que presentan los gases de distribuirse por todo el espacio del que disponen. La difusión no se desarrolla a la misma velocidad para todos pues los gases livianos se difunden más rápidamente que los pesados. Al respecto Graham estableció que: “La velocidad de difusión es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular.” Matemáticamente para dos gases de pesos moleculares M1 y M2 respectivamente la ley de Graham se expresa: V1 (M1)1/2=V2 (M2)1/2

V1: velocidad de difusión del gas 1 M1: peso molecular del gas 1 V2: velocidad de difusión del gas 2 M2: peso molecular del gas 2

 TEORIA CINETICA DE LOS GASES. Los gases que existen en la naturaleza a unas condiciones determinadas de temperatura y presión se conocen como gases reales y sus propiedades de estado, muy especialmente su volumen y su presión, dependen de las fuerzas intermoleculares de atracción y del volumen ocupado por sus moléculas, a diferencia del gas ideal en el cual se consideran despreciables. La teoría cinética de los gases se desarrolló entre 1855 y 1880 por Boltzmann, Maxwell, Clausius y otros científicos. La teoría se presenta mediante una serie de postulados, usados para explicar el comportamiento de los gases reales con base en el modelo del gas ideal. Los postulados son:  Los gases están constituidos por moléculas de igual tamaño y masa para el mismo gas, pero diferente de un gas a otro. wendy 18

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA  El volumen ocupado por las moléculas de un gas es despreciable con respecto al volumen del  recipiente que las contiene.  Las moléculas de un gas se mueven constantemente, en línea recta, al azar y chocando entre sí y contra las paredes del recipiente. Estos choques se consideran elásticos, es decir entre choque y choque varían la dirección y la velocidad de las moléculas, pero no ocurre pérdida neta de la energía.  Se acepta también que cada molécula posee su propia velocidad y por consiguiente su propia energía cinética, pero la energía cinética promedio de todas las moléculas es constante, no depende de la naturaleza del gas, ni de la presión y solo depende de la temperatura absoluta del gas.  Las fuerzas intermoleculares de atracción en un gas son despreciables y las moléculas son independientes unas de otras Estos postulados han servido para explicar las leyes de los gases deducidas experimentalmente también para deducir la ecuación de estado y en general para explicar el comportamiento de la materia en este estado físico. “Un gas ideal es hipotético y los gases reales solamente se aproximarán a comportamientos ideales a bajas presiones y altas temperaturas donde las moléculas estarán suficientemente separadas para que las fuerzas intermoleculares sean mínimas.”

 HISTORIA En 1648, el químico Jan Baptist van Helmont, considerado el padre de la química neumática, creó el vocablo gas (durante un tiempo se usó también "estado aeriforme"), a partir del término griego kaos (desorden) para definir las características del anhídrido carbónico. Esta denominación se extendió luego a todos los cuerpos gaseosos, también llamados fluidos elásticos, fluidos compresibles o aires, y se utiliza para designar uno de los estados de la materia. La principal característica de los gases respecto de los sólidos y los líquidos, es que no pueden verse ni tocarse, pero también se encuentran compuestos de átomos y moléculas. La causa de la naturaleza del gas se encuentra en sus moléculas, muy separadas unas de otras y con movimientos aleatorios entre sí. Al igual que ocurre con los otros dos estados de la materia, el gas también puede transformarse (en líquido) si se somete a temperaturas muy bajas. A este proceso se le denomina wendy 19

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA condensación en el caso de los vapores y licuefacción en el caso de los gases perfectos. La mayoría de los gases necesitan temperaturas muy bajas para lograr condensarse. Por ejemplo, en el caso del oxígeno, la temperatura necesaria es de -183 °C. Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Éstos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones, debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes. Empíricamente, se observan una serie de relaciones proporcionales entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834.

 GASES REALES Si se quiere afinar más, o si se quiere medir el comportamiento de algún gas que escapa al comportamiento ideal, habrá que recurrir a las ecuaciones de los gases reales, que son variadas y más complicadas cuanto más precisas. Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momento en el que no ocuparían más volumen. Esto se debe a que entre sus partículas, ya sean átomos como en los gases nobles o moléculas como en el (O2) y la mayoría de los gases, se establecen unas fuerzas bastante pequeñas, debido a los cambios aleatorios de sus cargas electrostáticas, a las que se llama fuerzas de Van der Waals. El comportamiento de un gas suele concordar más con el comportamiento ideal cuanto más sencilla sea su fórmula química y cuanto menor sea su reactividad (tendencia a formar enlaces). Así, por ejemplo, los gases nobles al ser moléculas monoatómicas y tener muy baja reactividad, sobre todo el helio, tendrán un comportamiento bastante cercano al ideal. Les seguirán los gases wendy 20

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA diatómicos, en particular el más liviano hidrógeno. Menos ideales serán los triatómicos, como el dióxido de carbono; el caso del vapor de agua aún es peor, ya que la molécula al ser polar tiende a establecer puentes de hidrógeno, lo que aún reduce más la idealidad. Dentro de los gases orgánicos, el que tendrá un comportamiento más ideal será el metano, perdiendo idealidad a medida que se engrosa la cadena de carbono. Así, el butano es de esperar que tenga un comportamiento ya bastante alejado de la idealidad. Esto es, porque cuanto más grande es la partícula constituyente del gas, mayor es la probabilidad de colisión e interacción entre ellas, factor que hace disminuir la idealidad. Algunos de estos gases se pueden aproximar bastante bien mediante las ecuaciones ideales, mientras que en otros casos hará falta recurrir a ecuaciones reales muchas veces deducidas empíricamente a partir del ajuste de parámetros. También se pierde la idealidad en condiciones extremas, como altas presiones o bajas temperaturas. Por otra parte, la concordancia con la idealidad puede aumentar si trabajamos a bajas presiones o altas temperaturas. También por su estabilidad química.

 COMPORTAMIENTO DE LOS GASES Para el comportamiento térmico de partículas de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interés: presión, volumen, temperatura y masa de la muestra del material (o mejor aún cantidad de sustancia, medida en moles). Cualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que le permiten comportarse como tal. Sus moléculas, en continuo movimiento, colisionan elásticamente entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene al gas, contra las que ejercen una presión permanente. Si el gas se calienta, esta energía calorífica se invierte en energía cinética de las moléculas, es decir, las moléculas se mueven con mayor velocidad, por lo que el número de choques contra las paredes del recipiente aumenta en número y energía. Como consecuencia la presión del gas aumenta, y si las paredes del recipiente no son rígidas, el volumen del gas aumenta. Un gas tiende a ser activo químicamente debido a que su superficie molecular es también grande, es decir, al estar sus partículas en continuo movimiento chocando unas con otras, esto hace más fácil el contacto entre una sustancia y otra, wendy 21

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA aumentando la velocidad de reacción en comparación con los líquidos o los sólidos. Para entender mejor el comportamiento de un gas, siempre se realizan estudios con respecto al gas ideal, aunque éste en realidad nunca existe y las propiedades de éste son:  Una sustancia gaseosa pura está constituida por moléculas de igual tamaño y masa. Una mezcla de sustancias gaseosas está formada por moléculas diferentes en tamaño y masa.  Debido a la gran distancia entre unas moléculas y otras y a que se mueven a gran velocidad, las fuerzas de atracción entre las moléculas se consideran despreciables.  El tamaño de las moléculas del gas es muy pequeño, por lo que el volumen que ocupan las moléculas es despreciable en comparación con el volumen total del recipiente. La densidad de un gas es muy baja.  Las moléculas de un gas se encuentran en constante movimiento a gran velocidad, por lo que chocan elásticamente de forma continua entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. Para explicar el comportamiento de los gases, las nuevas teorías utilizan tanto la estadística como la teoría cuántica, además de experimentar con gases de diferentes propiedades o propiedades límite, como el UF6, que es el gas más pesado conocido. Un gas no tiene forma ni volumen fijo; se caracteriza por la casi nula cohesión y la gran energía cinética de sus moléculas, las cuales se mueven.

wendy 22

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

1.4 DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS  EXPERIMENTO 1: COMPRESION ISOTERMICA DEL AIRE DATOS:  Radio del tubo: r = 0.3 cm  Altura inicial: H ° = 45.6 cm  Volumen inicial: 12.89 cm

V °=¿ (área) (altura) = π(

3

Determinación de las alturas de niveles de mercurio: ∆h

Para el mercurio

∆h

(Δh)

(

∆ h Hg1=0.90 cm ∆h

Hg 2

=1.90 cm

∆ h Hg3=2.00 cm ∆h

Hg 4

=2.70 cm

∆ h Hg5=3.30 cm

Para el aire H °−∆ h ¿

∆ h aire1=44.70 cm ∆h

aire 2

=43.70 cm

∆ h aire3=43.6 cm ∆h

aire 4

=42.90 cm

∆ h aire5=42.30 cm

V =π r 2 × ∆ h aire r = 0.3 cm VOLUMEN

ALTURA

V 1=12.64 cm3

44.70 cm

3

43.70 cm

V 2=12.36 cm

V 3=12.33 cm 3 wendy V 4 =12.13 cm3 V 5=11.96 cm3

43.60 cm 23

2

2

0.3 cm ¿

42.90 cm 42.30 cm

(45.6 cm) =

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

wendy 24

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA PRESION TOTAL EXPERIMENTAL PT =P atm + Ph Dónde: PT

= presión total

Patm Ph

= presión atmosférica = presión debida a las alturas

Patm =756 mmHg

Ph

Pt

1

Ph

Pt

1

2

2

= (9.8 m/s2) (0.0090 m) (13550 kg/m3) = 1195.11 Pa = 8.963 mmHg. = 756 mmHg + 8.963 mmHg =764.96 mmHg. = (9.8 m/s2) (0.019 m) (13550 kg/m3) = 2523.01 Pa = 18.92 mmHg. = 756 mmHg + 18.92 mmHg = 774.92 mmHg.

Ph 3

= (9.8 m/s2) (0.02 m) (13550 kg/m3) = 2655.8 Pa = 19.92 mmHg.

Pt

= 756 mmHg + 19.92 mmHg = 775.92 mmHg.

3

Ph Pt

4

Ph Pt

4

5

5

= (9.8 m/s2) (0.027 m) (13550 kg/m3) = 3585.33 Pa = 26.89 mmHg. = 756 mmHg + 26.89 mmHg = 782.89 mmHg. = (9.8 m/s2) (0.033 m) (13550 kg/m3) = 4382.07 Pa = 32.86 mmHg. = 756 mmHg + 32.86 mmHg = 788.86 mmHg.

wendy 25

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA PT

=

Promedio

P promedio

(PT + PT + PT + PT + PT ) 5 1

2

3

4

5

= 777.51 mmHg

HALLANDO LA CONSTANTE “K” P× V =K

PT ( mmHg)

V ( cm3)

K (mmHg.cm3)

764.96

12.64

9668.10

774.92

12.36

9574.87

775.92

12.33

9432.97

782.89

12.13

9496.22

788.86

11.96

9434.88

K Promedio =

(K 1+ K 2+ K 3+ K 4 + K 5 ) 5

K promedio =9547.86 mmHg ×cm 3 PRESION TEORICA

wendy 26

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA PT =

K promedio V

P1=755.37 mmHg P2=772.48 mmHg P3=774.36 mmHg P4 =787.13mmHg P5=798.32 mmHg P promedio =777.53 mmHg PV (K) promedio = 777.51 mmHg x 12.28 cm3 = 9547.823 mmHg.cm3

wendy 27

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA RESULTADOS COMPRESIÓN ISOTÉRMICA DEL AIRE VOLUMEN ( cm3)

PRESIÓN EXPERIMENTAL (mmHg)

K (mmHg.cm3)

12.64 12.36 12.33 12.13 11.96

764.96 774.92 775.92 782.89 788.86

9668.11 9574.87 9565.24 9496.22 9434.88

VOLUMEN PROMEDIO ( cm3)

PRESIÓN EXPERIMENTAL PROMEDIO (mmHg) 777.51

K PROMEDIO (mmHg.cm3)

12.28

9547.86

PRESION TEORICA (mm-Hg) 755.37 772.48 774.36 787.13 798.32

PRESION TEORICA PROMEDIO (mm-Hg) 777.53

% ERROR = | DATO TEORICO – DATO EXPERIMENTAL | × 100 DATO TEORICO

% ERROR = | 777.53 mmHg – 777.51 mmHg | × 100 = 0.00257 % 777.53

wendy 28

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA GRAFICA VOLUMEN VS PRESION (EXPERIMENTAL) T= 25°C

H = 95% PA = 756 mmHg

VOLUMEN VS PRESION (EXPERIMENTAL) 788.86 782.89 775.92 Linear ()

774.92

764.96

GRAFICA VOLUMEN VS PRESION (TEORICO) TEMPERATURA= 24°C

wendy 29

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA VOLUMEN VS PRESION (TEORICO) 798.32 787.13

774.36

Linear ()

772.48 755.37

GRAFICA K VS PRESION TEMPERATURA= 24°C

GRAFICA PV Vs PRESION

wendy 30

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA  EXPERIMENTO 2: EXPANSION ADIABATICA DATOS: PRESION ATMOSFERICA: 756 mmHg HUMEDAD RELATIVA: 90% TEMPERATURA: 24°C MEDIDAS 1 2 3 4 5

EXPANSION (E) 11 cm 9.3 cm 4.9 cm 13.4 cm 8.1 cm

COMPRESION (C) 3.5 cm 2.8 cm 1.8 cm 8.1 cm 6.1 cm

P1−¿P P1 −P 3 CP =¿ CV 2

DONDE: P1 = presión inicial del sistema P2 = presión inmediatamente después de la expansión P3 = presión luego que el gas alcance nuevamente la temperatura inicial SEGÚN LAS PRESIONES MANOMÉTRICAS: 1−¿ P2 = P¿ E

(cm)

11 9.3 4.9 13.4

P1−P3

E

C

E−C

(cm) 3.5 2.8 1.8 8.1

7.5 6.5 3.1 5.3

wendy 31

CP E = C V E−C

= C

(cm)

CP E = C V E−C 1.47 1.43 1.58 2.52

Factor de corrección de 7% 1.37 1.33 1.47 2.34

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 8.1

6.1

2

4.05

3.766

γ promedio = 2.211

% ERROR = |2.211– 2.055|× 100 = 0.0016% 2.211

1.5 DISCUSION DE RESUTADOS En el experimento #1 “COMPRESION ISOTERMICA DEL AIRE” encontramos un resultado experimental de 788.27 mmHg mientras que el resultado teórico es de 788.82 mmHg con lo cual obtuvimos un porcentaje de error promedio de 0.070% este resultado es casi cero lo que significa que los datos tomados fueron excelentes, esto significa que el valor obtenido experimentalmente cumple con lo teórico, pero sin embargo existe una estrecha diferencia entre los dos, es por ello que da como error un número muy pequeño, por lo tanto podemos decir que esta experiencia fue muy buena. En el experimento #2 de “EXPANSIÓN ADIABÁTICA” encontramos un resultado experimental promedio de Cp/Cv promedio = 1.43 nuestro valor teórico fue de Cp/Cv teórico = 1.4 comparado con el resultado experimental se puede ver que no hay mucha diferencia por ello el error promedio en el Cp/Cv es de 2.14% este porcentaje de error es manejable ya que está dentro del rango permitido ( 0, ya que para aumentar el estado del líquido en contacto hace falta llevar más moléculas a la superficie, con lo cual disminuye la energía del sistema y es la cantidad de trabajo necesario para llevar una molécula a la superficie. depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, será un líquido y un sólido. Así, la tensión superficial será igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un sólido, al cual podrá mojar o no (véase capilaridad) debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del líquido) y las adhesivas (líquido-superficie). se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en N·m−1). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifásico confinado por un pistón móvil, en particular dos líquidos con distinta tensión superficial, como podría ser el agua y el hexano. En este caso el líquido con mayor tensión superficial (agua) tenderá a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensión superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistón desde el hexano hacia el agua. El valor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del líquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesión del líquido, mayor será su tensión superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres líquidos: hexano, agua y mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrógeno,

wendy 62

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA de mayor intensidad, y el mercurio está sometido al enlace metálico, la más intensa de las tres. Así, la de cada líquido crece del hexano al mercurio.  Para un líquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitación térmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura crítica Tc del compuesto. En este punto, el líquido es indistinguible del vapor, formándose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos, desapareciendo las dos fases. Al haber solamente una fase, la tensión superficial vale 0. 

MEDIDA DE LA TENSION SUPERFICIAL

o Métodos estáticos: la superficie se mantiene con el tiempo 1) Método del anillo de Noüy: Calcula la F necesaria para separar de la superficie del líquido un anillo. F= 4πR (siendo R el promedio del radio externo e interno del anillo. 2) Método del platillo de Wilhelmy: Medida de la F para separar la superficie de una delgada placa de vidrio. Precisión de 0,1 %. o Métodos dinámicos: continuamente

la

superficie

se

forma

o

renueva

1) Tensiómetro (Método de presión de burbuja): En un líquido a T cte se introduce un capilar de radio R conectado a un manómetro. Al introducir gas se va formando una burbuja de radio r a medida que aumenta la P en el manómetro. Al crecer r disminuye hasta un mínimo, r=R y después vuelve a aumentar. Esto hace posible su uso en ambos, laboratorios de investigación y desarrollo, así como monitoreo del proceso directamente en la planta. También se puede medir con un estalagmómetro.

 LA TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA Dado que las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de agua se deben a los enlaces de hidrógeno y éstos representan una alta energía, la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos otros líquidos.  MEDICIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA: Existen varios métodos para medir la tensión superficial de un líquido. Uno de ellos consiste en utilizar un anillo de platino que se coloca sobre la superficie del agua. Se mide la fuerza que se requiere para separar el anillo de la superficie del agua con una balanza de alta precisión. wendy 63

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA  ENERGÍA LIBRE Es la energía superficial contenida en la unidad de superficie y mide la tensión superficial. Como en el sistema C.G.S. la energía se expresa en ergios y la superficie en centímetro cuadrado, resulta que la unidad de tensión superficial será ergio/ cm× donde x igual a 2 e igual a dinas/cm. Tensión Superficial como función de la Temperatura Y= f (T), La tensión superficial disminuye a medida que la temperatura aumente y se hace cero a la temperatura crítica. Se puede calcular según la ecuación:

Y (M/P) × = K (Tc – T – 6)

Donde

Y: Tensión Superficial M: Peso Molecular P: Densidad del líquido a la temperatura (T) Tc: Temperatura crítica de la sustancia. T: Temperatura del experimento. Y (M/P) ×: Energía superficial molar X:

2/3

K: Constante igual a 2,12 para sustancias no polares (orgánicas) Menor a 2,12 para sustancias polares (agua)

Mayor a 2.12 para sustancias de alto peso molecular.

wendy 64

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

3.4 DATOS, CALCULOS, RESULTADOS DATOS: Ecuación: mg = 2r Y = 2r Y (R/V1/3) Radio de la punta de la bureta r = 1mm = 0,1cm 

EXPERIMENTO 1: AGUA A TEMPERATURA AMBIENTE (20°C)

#GOTA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

TIEMPO (s) 2.51 3.25 2.11 4.58 3.26 3.46 3.59 3.52 3.42 3.59 2.94 4.01 3.36 4.56 5.51 8.16 8.53 9.06 9.22 10.41 11.05 9.03 9.09

wendy 65

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 24 25

9.01 8.48

VF –V0 = V gotas = 1 ml de agua Volumen de cada gota (V): 1 / 25 = 0.040 ml Masa luna: 40.93 g Masa (luna + gota) = 50.03 g Masa gotas = 2.4 g Peso de cada gota (m): 2.4 / 25 =0.096 g Hallando radio de la gota Volumen = (4/3) R3 (volúmen de una esfera) 0.040 ml (1cm3 / 1 ml) = (4/3) R3 R=0.212 cm Radio de la gota (R): 0.212 cm Utilizando factor de corrección para determinar el valor real - peso de cada gota: Y'= 73.6 dinas/cm -5%(73.6 dinas/cm) = 69.92dinas/cm m =

Y'*2*π*r*R g*V1/3

m =

(69.92 dinas/cm)*2*π*(0.1cm)*(0.212 cm) (980cm/s2)*(0.040cm3)1/3

m =

0.028 g

Hallando la tensión superficial:

wendy 66

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Y=

mg 2 πr (R /V 1/3 )

s2 980 cm/¿ ¿ 0.040 ml1 /3 0.219cm/¿ ¿ ( 2 3.1416 ) (0.1 cm)¿ ( 0.028 g ) ¿ Y =¿ Y =70.45 dinas /cm



EXPERIMENTO 2: AGUA A 38°C

#GOTA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

TIEMPO (s) 2.39 2.28 2.05 3.87 2.83 3.36 3.57 6.57 7.99 9.32 10.91 11.74 12.89 13.84 15.03 15.51 16.80 18.17 19.63 19.45 21.28

wendy 67

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 22 23 24 25

22.09 23.40 24.42 25.40

VF –V0 = V gotas = 1 ml de agua Volumen de cada gota (V): 1 / 25 = 0.040 ml Masa luna: 48.93 g Masa gotas = 4.2 g Peso de cada gota (m): 4.2/ 25 =0.168 g

Hallando radio de la gota Volumen = (4/3) R3 (volumen de una esfera) 0.040 ml (1cm3 / 1 ml) = (4/3) R3 R=0.212 cm Radio de la gota (R): 0.212 cm Utilizando factor de corrección para determinar el valor real - peso de cada gota: Y'= 71 dinas/cm -5%(71 dinas/cm) = 67.45 dinas/cm m =

Y'*2*π*r*R g*V1/3

m =

(67.45 dinas/cm)*2*π*(0.1cm)*(0.212cm) (980cm/s2)*(0.040cm3)1/3

m =

0.027g

Hallando la tensión superficial:

wendy 68

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Y=

mg 2 πr (R /V 1/3 )

s2 980 cm/¿ ¿ 0.040 ml1 /3 0.212cm/¿ ¿ ( 2 3.1416 ) (0.1 cm)¿ ( 0.027 g ) ¿ Y =¿ Y =67.94 dinas/cm



EXPERIMENTO 3: NaOH A TEMPERATURA AMBIENTE (20°C)

#GOTA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

TIEMPO (s) 2.19 2.45 2.14 2.79 4.00 4.14 3.90 3.88 4.04 4.00 4.00 3.39 4.10 3.92 4.21 4.00

wendy 69

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 17 18 19 20 21 22 23 24 25

4.10 4.02 3.85 4.08 3.99 4.28 4.02 4.14 3.88

VF –V0 = V gotas = 1.1 ml de agua Volumen de cada gota (V): 1.1 / 25 = 0.044 ml Masa luna: 40.93 g Masa gotas = 4.2 g Peso de cada gota (m): 4.2 / 25 =0.168 g Hallando radio de la gota Volumen = (4/3) R3 (volumen de una esfera) 0.044 ml (1cm3 / 1 ml) = (4/3) R3 R=0.22 cm Radio de la gota (R): 0.22 cm Utilizando factor de corrección para determinar el valor real - peso de cada gota: Y'= 77.3 dinas/cm -5%(77.3 dinas/cm) = 77.44dinas/cm m =

Y'*2*π*r*R g*V1/3

m =

(77.44 dinas/cm)*2*π*(0.1cm)*(0.22 cm) (980cm/s2)*(0.044cm3)1/3

m =

0.031g

wendy 70

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

Hallando la tensión superficial: Y=

mg 1/3 2 πr (R /V )

s2 980 cm/¿ ¿ 0.044 ml1 /3 0.22cm/¿ ¿ 2 (3.1416 ) (0.1 cm)¿ ( 0.031 g ) ¿ Y =¿ Y =77.59 dinas /cm

MÉTODO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA: Y = f (T) Datos y Cálculos Teóricos: TENSION SUPERFICIAL TEORICA DEL AGUA: Temperatura

Tensión superficial (dinas/cm) 0°C 75.60 23°C 72.75 42°C 71.18 37°C 69.92 TENSION SUPERFICIAL TEORICA DEL NaOH Temperatura 20°C 38°C 45°C

Tensión superficial (dinas/cm) 77.30 73.50 72.02

Ecuación: wendy 71

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA M p ¿ ¿ Y¿ Dónde: Y: Tensión Superficial M: Peso Molecular P: Densidad del líquido a la temperatura (T) T C : Temperatura crítica de la sustancia. T: Temperatura del experimento. M p ¿ Energía superficial molar ¿ Y¿ K: Constante igual a 2,12 para sustancias no polares (orgánicas) Menor a 2,12 para sustancias polares (agua) Mayor a 2.12 para sustancias de alto peso molecular. M/ρ ¿ ¿ ¿ 2/3 Y¿ K=¿

M/ρ ¿ ¿ ¿ 2/3 Y¿ K=¿ 3

3

18 g /0.9982 g /cm ¿ ¿ ¿2 /3 70.45 dinas/cm¿ K=¿

18 g /0.9982 g /cm ¿ ¿ ¿2 /3 67.94 dinas/cm¿ K=¿

K=1.391 dinas cm / ℃

K=1.414 dinascm/℃

wendy 72

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Hallando K promedio: 1.391

dinas cm/℃+¿ 1.414 dinas cm/℃ =1.4025 dina cm/℃ 2 K promedio=¿

 Para agua a temperatura ambiente (20 ⁰C)

M p ¿ ¿ Y¿ 18 g 0.9982 g/ cm 3 ¿ ¿ Y¿ Y 20 ℃=70.48 dinas/cm  Para agua a temperatura (38⁰C) 18 g 0.9982 g/ cm 3 ¿ ¿ Y¿ Y 38 ℃=67.94 dinas /cm  Para líquido problema: Solución NaOH 10% en peso (Temperatura: 34⁰C) Hallando tensión superficial del NaOH al 10% en peso: wendy 73

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

Fórmula:

Y NaOH mNaOH = Y agua magua

m: masa Y: tensión superficial Tomamos en cuenta los datos del agua a 38 ⁰ C

Y NaOH =

( 0.031 g ) ( 67.94 dinas /cm ) =78.01 dinas /cm 0.027 g

RESULTADOS EXPERIMENTALES “MÉTODO DEL PESO DE LA GOTA” Líquido

Agua NaOH 10% en peso

Temperatura (⁰C)

Tensión Superficial (Y) (dinas / cm)

23

70.45

42

67.94

20

77.59

RESULTADOS TEORICOS “MÉTODO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA Y = f(T)” Líquido Temperatura Tensión Superficial (Y) (⁰C) (dinas / cm) 70.48 Agua 23 42 wendy 74

67.94

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA NaOH 10% en peso

78.01

20

TABULACIÓN DE DATOS PARA GRÁFICA

M ρ ¿ ¿ Y¿

SEGÚN RESULTADOS

EXPERIMENTALES: Temperatura

M ρ ¿ ¿ Y¿

20° C 38° C

484.45 467.19

TABULACIÓN DE DATOS PARA GRÁFICA

(T C −T −6)

348.4 330.4 M ρ ¿ ¿ Y¿

SEGÚN RESULTADOS

TEÓRICOS: Temperatura

M ρ ¿ ¿ Y¿

20° C 38° C

484.66 467.19

CALCULO DEL %ERROR:  Para el agua a 20°C Resultado teórico

= 72.75 dinas / cm

Resultado experimental

= 70.45 dinas / cm

wendy 75

(T C −T −6)

348.4 330.4

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA ERROR=

72.75 dinas/cm−70.45 dinas /cm x 100=3.16 72.75 dinas/cm

 Para el agua a 38⁰C Resultado teórico = 69.92 dinas / cm Resultado experimental

ERROR=

= 67.94 dinas / cm

69.92 dinas/cm−67.94 dinas/cm x 100=2.83 69.92dinas /cm

 Para el NaOH a 20⁰C

Resultado teórico

= 77.30 dinas / cm

Resultado experimental

= 77.59 dinas / cm

ERROR=

77.30 dinas/cm−77.59 dinas /cm x 100=0.38 77.30 dinas/cm

3.5 DISCUSION DE RESULTADOS Los resultados de este laboratorio se pueden considerar confiables, ya que dieron un porcentaje de error inferior al 5% y obteniendo lo siguiente: Por el método del peso de la gota: En la primera experiencia, la tensión superficial promedio (Y= 70.45dinas/cm), estando muy próximo al teórico (Y= 72.75 dinas/cm), a las mismas condiciones (T= 20°C), ocasionando un % de error (3.16%). En la 2da experiencia, la tensión (Y=67.94dinas /cm), estuvo muy cerca al teórico (Y=69.92dinas /cm), originando un % de error (2.83%), pero esta vez a una temperatura de 38°C. wendy 76

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA En la 3ra experiencia, donde se usó el NaOH al 10% se obtuvo una tensión promedio (Y=77.59dinas /cm), estuvo muy cerca del dato teórico (77.30dinas /cm) causando un error de 0.38%, pero esta vez se trabajó a una temperatura de 20°C. Bueno como se observa el porcentaje de error en la primera experiencia es manejable, ya que no supera el 5% y en las otras dos experiencias el % de error supera el 5% por errores que cometimos al tomar los datos. Por el método en función de la temperatura: Para la segunda experiencia se trabajó de manera similar, esta vez trabajamos a una T=38°C, con un valor teórico de la tensión superficial (Y = 67.94dinas/cm), despejando su error correspondiente (5%), de esta manera obtuvimos un % de error más confiable de 0%. Para la 3ra experiencia, de igual manera, para la T=20°C, su tensión superficial teórica será de 78.01dinas/cm, le quitamos el error (5%), teniendo en cuenta que se trabajara con una solución, obtendremos un % de error de 0.54%. Los porcentajes de error no fueron más del uno 1%, por lo que las correcciones hechas a cada experimento ayudaron a disminuir los errores personales cometidos por el analista.

3.6 Conclusiones  Se determinó la tensión superficial del agua a diferentes temperaturas.  La tensión Varia con el aumento de la temperatura a mayor temperatura la tensión superficial disminuye.  Al calentarse el agua, su energía cinética aumenta, su densidad desciende. Al descender la densidad su tensión superficial desciende de la misma manera. wendy 77

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA  Para un líquido dado, el valor de γ disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitación térmica.  Dado que las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de agua se deben a los enlaces de hidrógeno y éstos representan una alta energía, la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos otros líquidos.

3.7 Recomendaciones    

Calcular el volumen y la masa de la gota lo más exacto posible. Graduar bien la bureta para que las gotas sean constantes y poder contar sin ninguna equivocación. Antes de pesar en la balanza esta debe estar bien calibrado. La luna de reloj debe estar bien limpia, libre de impurezas.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA    

Antes de usar la bureta esta debe estar calibrada para que las gotas sean constantes y poder tomar el tiempo. Tomar en cuenta las condiciones externa al experimento pues estas pueden afectar los resultados, además tomar bien la lectura del termómetro. Tomar el peso de las gotas lo más adecuado, para así evitar resultados con grandes errores. Tratar de manipular rápidamente el hidróxido de sodio pero con cuidado, ya que esta reacciona con el medio ambiente.

3.8 Bibliografía  Manual de fisicoquímica del Ing. Sosimo Fernández.  http://www.principiamalaga.com/portal/pdfs/tension_superficial.pdf  http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial  www.educarchile.cl/UserFiles/.../1/45931_180044_Capilaridad  http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf wendy 79

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3.9 ANEXOS Gráfico Y (M/P) 2/3 vs. (Tc – T – 6) (EXPERIMENTAL)

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20° C 38° C

GraficoY (M/P) 2/3 vs. (Tc – T – 6) (TEORICO)

20° C 38° C

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 4 VISCOSIDAD 4.1 RESUMEN En el siguiente laboratorio estudiaremos la viscosidad, para ello la clasificaremos en tres etapas. En la primera experiencia, iniciamos instalando debidamente el equipo, con un nivel de referencia adecuado (20 cm), tomamos la temperatura del ambiente que fue 20°C; luego medimos el volumen de agua que fluye sobre la manguera, originado por la diferencia de alturas en el nivel de equilibrio, reproduciremos esta técnica 5 veces. En la segunda experiencia, cambiaremos el nivel de referencia (30 cm), trabajando con la temperatura del ambiente (Tº = 20 °C) y de igual manera que las etapa anterior, medimos el volumen, y la diferencia de alturas que se observa y se toman 5 lecturas. En la tercera experiencia, trabajamos con un nivel de 20cm, utilizaremos agua con una temperatura de 42ºC; luego verteremos al depósito para que fluya sobre el sistema, controlamos la diferencia de altura que se origina en el desequilibrio del nivel; y reproduciremos 5 veces lo anterior. Los resultados obtenidos fueron: En el 1er experiencia (condiciones, h=20cm y a T= 20°C), obtuvimos:  Promedio = 0.96542 cP, n teórico de 1.005 cP y un % error =

3.94%

En el 2do experiencia (condiciones, h=30 cm y a T=20°C)  Promedio=1.146cP, n teórico de 1.005 cP y un % error =

14.03%

En el 3er experiencia (condiciones, h=22cm y a T= 42°C)  Promedio = 0.772cP y un % error = 22.73 % Lográndose el objetivo por corroborar con la teoría que la temperatura es inversamente proporcional a la viscosidad del líquido.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 4.2 INTRODUCCION En el presento informe del laboratorio sobre la viscosidad determinaremos la viscosidad de los líquidos a cierta a temperatura se ve afectada la viscosidad del líquido generando así mismo cambios en ésta, lo que implica que a altas temperaturas la viscosidad decrece y a bajas temperaturas aumenta a través de ciertos cálculos basados en pruebas experimentales. Saber el grado de viscosidad es muy importante ya que con ella podremos efectuar ciertas operaciones en diversos campos de la ingeniería, industrias, ya que mayormente es empleado en las maquinas como optimizador del funcionamiento, y en la producción de diversas bebidas y alimentos. OBJETIVOS: Este informe tiene por objetivo hallar la viscosidad de los líquidos y la relación que existe con la temperatura, para que así el lector y el alumno se vea involucrado con este tema y así pueda aplicar los conocimientos necesarios en la práctica.

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 4.3 PRINCIPIOS TEORICOS  VISCOSIDAD La viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos, y por tanto esta requiere la mayor consideración en el estudio del flujo de fluidos. Esta es la resistencia que ejercen los fluidos al ser deformado cuando este se aplica un mínimo de esfuerzo cortante. La viscosidad de un fluido depende de su temperatura. Es por eso que en los líquidos a mayor temperatura la viscosidad disminuye mientras que en los gases sucede todo lo contrario lo contrario. Existen diferentes formas de expresar la viscosidad de un fluido, pero las más importantes son las siguientes: viscosidad absoluta o dinámica, cinemática, Saybol, Redwoor. Los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante que no puede alterarse apreciablemente si son sometidos a compresión, por ende se dice que son fluidos incompresibles. Los segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; son fluidos compresibles porque, a diferencia de los líquidos, sí pueden ser comprimidos. La viscosidad es aquella propiedad de un fluido por virtud de la cual ofrece resistencia al corte. Esta se puede clasificar en newtonianos, donde hay una relación lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de deformación resultante, y en no newtonianos, donde tal relación lineal no existe. La Ley de la viscosidad de Newton afirma que dada una rapidez de deformación angular en el fluido, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad. La resistencia de un fluido al corte depende de su cohesión y de su rapidez de la transferencia de la cantidad del movimiento molecular. Un líquido, cuyas moléculas dejan espacios entre ellas mucho más cerradas que las de un gas, tienen fuerzas cohesivas mucho mayor que un gas. La cohesión parece ser la causa predominante de la viscosidad en un líquido; y ya que la cohesión decrece con la temperatura, la viscosidad decrece también. La viscosidad se determinó a temperatura ambiente, utilizando la ley Stokes. Con la realización de esta experiencia se quiere determinar la viscosidad absoluta de tres aceites, el SAE 20W50, SAE 15W40 y SAE 10W30. Esto se logrará utilizando 3 probetas marcadas con 10 intervalos de 30 cm c/u y se tomará el tiempo que tarda una esfera en recorrer cada intervalo. Luego se usaran estos resultados para

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA determinar el a viscosidad experimental de los aceites usados en la práctica y compararlos con las viscosidades proporcionadas por el fabricante.

 ALGUNOS DE LOS MEDIDORES DE VISCOSIDAD CONOCIDOS Viscosímetro Es un instrumento para medir la viscosidad de un fluido Viscosímetro de tubo capilar Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño conocido como tubo capilar. Conforme al fluido fluye a través del tubo con una velocidad ctte. El sistema pierde energía, ocasionando una caída de presión. La magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuación: El viscosímetro Saybolt: La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad, este es el principio por el cual está basado el viscosímetro universal. La muestra del fluido se coloca en el aparato después de que se establece el flujo se mide el tiempo requerido para colectar 60 ml. de fluido. El tiempo resultante se reparta como la velocidad del fluido en segundos universales de Saybolt. La expresión aproximada entre viscosidad y segundos Saybolt es: Se expresa en stokes y t en segundos. Viscosímetro de Oswald- cannon-Fenske: En esencial el viscosímetro es un tubo “U” una de sus ramas es un tubo capilar fino conectado a un deposito superior. El tubo se mantiene en posición vertical y se coloca una cantidad conocida del fluido él depósito para que luego fluya por gravedad a través de un capilar. Los procedimientos exactos para llevar a cabo estas pruebas estándar dado en los estándar de la American Society For Testing and Materials. Viscosímetro de cilindro concéntrico

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INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Por medio de un cilindro que gira a una cierta velocidad con respecto a un cilindro interno concéntrico estacionario se determina du/dy al medir el momento de torsión sobre el cilindro estacionario es posible calcular el esfuerzo cortante. El cociente entre el esfuerzo cortante y el cambio de velocidad expresa la viscosidad. Si la velocidad de rotación es N rpm y el radio es r2, la velocidad del fluido en la superficie del cilindro externo está dada por 2r2N/60. Con una separación entre cilindro y cilindro La ecuación se basa en b